上個世紀生物學最重要的成果之一就是1953年由Watson和Crick發(fā)現(xiàn)的雙螺旋結構的DNA。時至今日科學家們仍然認為，它是人類解開聲明奧秘的一把鑰匙。如今在3D打印的幫助下，科學家們正在對DNA的內部工作機制進行更加深入的研究。

近日，來自美國Van Andel研究所、Brookhaven國家實驗室和石溪大學（Stony Brook University），以及英國倫敦帝國學院的研究人員發(fā)表了一篇論文，詳細介紹了他們在了解DNA自身復制方面最新小而深刻的進步。人們已經(jīng)知道的是，DNA在進行自我復制時，會打開自己的雙鏈，暴露出其內部非常重要的信息，當復制完成后，原來一條雙鏈變成兩條一樣的雙鏈。

但是人們沒有完全了解的是在復制的過程中到底發(fā)生了什么。這是因為DNA發(fā)生作用和維持的機制非常復雜，需要其數(shù)百個不同的部分精確地共同配合。其中的一個被科學家命名為Cdc6的部分，被這次研究人員推測為DNA復制過程中的關鍵蛋白，這其中的問題是：它是怎么做到的？

在這個過程中還有一個重要的成份——NDA解旋酶，如果我們把DNA看做一個拉鏈的話，解旋酶就像那個處于拉鏈頂部的那個拉鏈扣。在此之前的研究中，人們認為Cdc6蛋白質在把解旋酶放到DNA段頂部的過程中起到了部分作用。為了確認這種情況，研究人員想辦法抑制Cdc6并研究由此帶來的影響。如果這個蛋白質的作用是負責安裝拉鏈扣的話，它的消除將意味著拉鏈被卡住，無法打開。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)的是雙螺旋繼續(xù)像以前一樣打開，但是最終的復制卻無法完成。

我們長話短說，科學家們發(fā)現(xiàn)蛋白質Cdc6似乎有什么東西，為最終的復制開始之前創(chuàng)造某種有利條件。在這一點上，仍然有些不確定，但是倫敦帝國學院臨床科學中心DNA復制組的負責人Christian Speck博士用我們能夠聽得懂的方式解釋說：      

“想象一下，如果你把一個扳手留在發(fā)動機里，或者把發(fā)動機組裝好后不拆掉某些組裝的工具。那么這個發(fā)動機將因為卡住而停止工作。因此，蛋白質Cdc6的作用就是確保在發(fā)動機中沒有扳手，并維持生產(chǎn)線的繼續(xù)進行。 是一種質量控制蛋白質。”

如果您正在想“這算什么大發(fā)現(xiàn)？”的話，那么重要內容來了：

異常細胞（比如癌細胞）的生長之所以難以控制就是由于這些細胞的自我復制能力。當前對于癌癥治療的研究通常集中在摧毀這些異常細胞DNA的方法上。但是，由于這些方法的性質，健康細胞的DNA也被它們破壞了。如果科學家們研制出一種能夠簡單地關閉細胞復制機制的方法，那么就為癌癥治療的研究打開了一扇大門。

為了將這一發(fā)現(xiàn)應用到個人的癌癥治療中，科學家們不僅需要了解Cdc6，而且還包括大量組成DNA的不同部分。在Speck的實驗室里，科學家們不僅能夠通過電子顯微鏡查看這些結構，而且還利用這些圖像，創(chuàng)建和3D打印出大型的3D模型以作研究之用。這些實實在在的3D模型能夠讓科學家們更加深刻地理解這些蛋白質的能力。該研究的合作者、石溪大學的生物學家Huilin Li介紹了他們如何在研究過程中使用這些輔助的3D打印模型：

“DNA解旋機制的成因是復雜、奇妙和令人驚奇的。這些3D打印模型，使我們能夠在分子水平理解解旋酶如何包圍并解開DNA，從而有助于我們了解生命中最根本的過程以及如何處理可能出現(xiàn)的問題。”

通過3D打印模型研究人員發(fā)現(xiàn)，如果他們不讓Cdc6蛋白加入這一“機器”，這臺“機器”機會堵塞，這意味著DNA復制過程就會停滯下來。3D打印可以快速將通過電子顯微鏡獲得的3D圖像數(shù)據(jù)制作成為物理模型的能力意味著，研究人員可以隨時得到自己需要的模型，并且不需要很大的代價或者很長時間的等待就能迅速作出調整。